边远岛礁淡水保障的问题与对策

查吕应， 党俊虎， 朱曙光， 张瀚月， 刘荔

（1.军事科学院国防工程研究院， 武汉 430014； 2.安徽建筑大学 环境与能源工程学院， 合肥 230022）

边远岛礁既是蓝色国土开发利用的基地， 又是我国海防的前沿， 淡水是岛礁后勤保障最重要的物资之一， 也是岛礁补给任务中占比重最大的物资。 淡水资源供需矛盾格外突出， 成为制约海岛开发的重要因素之一。 面对边远岛礁持续增加的生活、 生产和生态用水需求以及日益严峻的缺水形势， 如何提供足量稳定的淡水资源， 是一个重大而紧急的课题［1］。

1 我国边远岛礁淡水保障现状

长期以来， 南海岛礁驻守力量的后勤保障难度很大。 岛礁上的淡水和蔬菜均需要补给船运送， 电力也仅有个别岛礁有柴油发电。

目前， 南海岛礁淡水供给对船运十分依赖，对于生活污水、 海水、 雨水等就地可取的非传统水资源的利用占比非常低。 除了甘泉岛、 琛航岛、永暑岛发现有少量淡水外， 其余岛礁士兵生活淡水完全依赖补给船。 如“三沙一号”每次携带淡水量在350 t 左右， 南沙群岛的永暑岛驻岛部队的生活用水靠2 艘排水量为4 000 t 的运输船， 每次运输水量1 500 t［2］。 2012 年三沙市政府成立后， 岛礁的后勤情况有了很大改善， 在永兴岛、 赵述岛安装了海水淡化系统； 另外， 有些岛礁建设了雨水收集系统， 可部分解决这些岛礁的供水问题。 受环境、 技术及远离大陆等条件的限制， 其他岛礁仍依靠补给船供水。 由此可见， 南海岛礁淡水保障形势不容乐观， 急需行之有效的系统解决方案。

2 岛礁淡水保障常规模式及问题

岛礁淡水保障可采用大陆引水、 雨水收集回用、 开采地下水、 大陆或岛际船运补给以及海水淡化等方式［3］。 对于边远岛礁而言， 这些保障方式各有不足， 具体表现在以下几个方面：

大陆引水是将岛礁供水纳入大陆供水系统。 这种方式对于边远岛礁而言， 须建设跨海引水工程，施工难度大， 可行性弱。

由于海洋环境雨水丰富， 雨水收集回用具有巨大潜力， 一直作为岛礁淡水保障的有效手段而受到广泛关注。 姜海波等［4］提出了珊瑚沙滩浅层暗湖雨水收集利用的方法， 该方法具有生态友好、 成本低廉、 运行可靠的特点。 然而， 雨水利用易受制于海洋季节、 气候、 环境的影响， 用于岛礁淡水保障的稳定性差。

地下水也不能作为岛礁淡水的主要供给方式。海岛土壤层较薄、 岩石层较厚， 水井开凿难度大［5］。海岛四周环海， 多是独立的水文地质单元， 地下水赋存条件差， 资源量少， 水文地质条件极其脆弱。大量取用地下水， 海岛容易受到破坏， 当地下水位下降速度超过补给速度时， 会导致地下水的污染和海水入侵等不可修复性的问题［6］。

大陆或岛际运水的方式是当前岛礁淡水主要保障方式。 然而西沙、 南沙等偏远岛礁距大陆数百甚至数千公里， 保障距离太远， 水量远远不能满足驻岛用水需求。 对于岛上驻军， 在补给船因天气等原因延迟到达时， 官兵只能依靠雨水维生， 造成士兵生活困难甚至出现非战斗减员。 另外， 这种方式成本高昂， 同时还存在长距离运输容易滋生细菌、 造成水质污染等问题， 在特殊时期还易受复杂军事斗争环境的干扰以及台风等因素的影响， 在极端情况下会严重威胁驻岛人员的生命安全［4］。 因此远距离船运淡水的保障模式不是解决岛礁淡水保障的长久之计、 根本之法。

海水淡化作为重要的水资源开发利用方式已逐渐被广泛接受［7］。 以色列55%的用水来自海水淡化，成为中东地区唯一不受严重水资源压力影响的国家。我国先后在浙江嵊泗、 辽宁大山长岛、 獐子岛、 山东小钦岛、 崆峒岛、 灵山岛、 广西涠洲岛等沿海地区和海岛建成多个海水淡化工程。 虽然海水淡化应用相对广泛， 但淡化技术用于边远岛礁还存在很多技术问题， 比如能耗高、 能源模式单一、 设备的维护保养难度较大、 尚未形成统一设计规范（不同海域环境差异大）等［6］。 尤其是能源问题， 对远海岛礁而言， 大规模的淡化工程需要负荷足够、 时间持续的清洁能源， 这一直是困扰性的问题。

3 边远岛礁淡水保障的对策

适应边远岛礁大力发展的形势， 结合边远岛礁的实际情况， 从常规保障与应急保障的不同情景入手， 充分利用岛礁非传统水源， 将上述不同的淡水保障方式联用， 建立多元互补、 集成的、 智能化的边远岛礁供水体系， 实现就地保障， 从而实现平战结合、 系统解决边远岛礁淡水贫缺的难题。

3.1 常规保障

（1） 根据岛礁远期功能定位， 将淡水保障纳入规划。 根据岛礁远期功能定位， 确定淡水需求阶段性限值。 据此将相应规模的集中水厂纳入规划， 包括海水淡化厂、 雨水收集回收设施、 污水处理厂以及相应的附属配套设施等， 形成科学合理、 有序循环的岛礁用水自循环系统， 使岛礁淡水能够自给自足， 摆脱对外界的依赖。

（2） 淡水保障体系实现高精细度和智能化。 以有限水资源优化配置为原则， 优先以海水直接利用为第一选择（如厕所冲洗、 冷藏等用水需求）， 再依次以污水再生水、 雨水收集回用、 海水淡化作为补充， 大陆或岛际运水仅作为备用措施。 逐步构建岛礁环境下供水体系的智能化操作、 管控、 维护系统， 以及高精细度的“分质给水、 分质排水、 分质处理回用”体系， 最终构建自循环、 高可靠性、 智能化、 环保型的岛礁淡水就地保障长效机制。 该体系在保证实现水资源优化配置的同时， 还能充分符合环境保护的基本原则， 节能降耗减排治污， 有利于岛礁长期生态环境建设。

（3） 加强能源保障技术研究。 能源是制约边远岛礁淡水就地保障的重要因素。 为解决水处理能源保障问题， 构建“来源多样、 互补性强、 储量充沛、绿色环保、 可持续性好”的岛礁能源系统： 一方面充分利用太阳能、 风能、 潮汐能等海洋环境自然条件发电； 另一方面加强高效能量回收装置的研究，节能降耗； 同时将核电等新型能源体系纳入规划、建设， 为包括淡水保障在内的岛礁全方位功能的实现提供有效能源保障。

3.2 应急保障

边远岛礁应急情景包括自然因素和人为因素2个方面。 自然因素指岛礁面临台风、 地震等自然灾害风险； 人为因素指岛礁必须做好局部摩擦甚至战事爆发的准备。 在应急条件下， 岛上的淡水保障系统、 能源保障系统将可能被破坏， 而且船运淡水保障难以为继， 岛上的淡水保障即面临被切断的风险， 对海岛生存能力构成重大威胁。

为解决应急条件下岛礁供水安全问题， 构建利用非传统水源的具有高度机动性的智能化净水体系意义重大。 相关净水技术已有一定的研究基础， 但存在对水源的适应性不全面、 集成度低、 机动性和智能化程度不高等问题。 开发高集成、 智能化应急净水装备是有效之策， 可用于满足应急条件下重点人员和方向的淡水需求。 具体包括以下方面：

（1） 模块化净水技术。 一是基于现有雨水的回收利用、 海水淡化以及再生水处理回用技术， 以规模适当、 节能、 高效并便于模块化集成为原则， 对雨水、 再生水、 海水等非传统水源的处理技术进行模块化， 各模块均实现按使用要求分质供水， 最高满足生活饮用水卫生国标要求； 二是将不同处理技术模块智能化集成， 实现各模块集成度高、 体积小、 重量轻， 便于机动和维护。

（2） 高机动性。 机动性是指应急条件下净水装置可随其他装备一起入驻、 转移， 并具有一定距离的运水保障能力。 主要包括车载系统， 涉及装置减振系统、 抗振稳定性、 运载车辆选型与改装等机动条件适应性指标。 高机动性可保证装备以制式化配备为目标， 并能够根据保障对象规模灵活匹配装置的列装型号与规模。

（3） 智能化操作控制系统。 通过智能化操控系统， 实现从源水到出水一键切换的傻瓜式操作， 满足“多水源适用、 按需分质给水”， 出水水质、 水量自动监测显示、 报警， 以及特殊情况下的自动停机保护、 危险解除时自动重新启动工作等。 不仅保证用水的便捷与安全， 还可紧密响应应急条件， 尽量使操作简单、 维护检修便捷。

（4） 能源系统。 优先利用太阳能、 蓄电池等适于野外使用的新能源作为净水装置能源， 以油料发电为备用能源。

基于上述基础的净水装置， 不仅可用于军队登岛作战、 演习或紧急布防营区的用水保障， 还可用于应对自然灾害、 抢险救灾以及水源污染， 解决临时饮用水问题。 该装置由于具备污水再生能力， 在缓解水资源短缺的同时， 还能够减轻临时生活场所生活污水直接排放而产生的生活不便和环境污染。

4 结语

利用非传统水源就地保障是边远岛礁淡水保障的必由之路， 如何将其充分利用是重点研究课题。

基于“利用岛礁就地资源、 将不同淡水保障方式联用、 常规保障与应急保障并重”的淡水综合保障模式， 平战结合， 充分利用中水、 雨水和海水等非传统水源， 可从根本上系统解决边远岛礁不同条件下淡水就地保障问题。 今后尚需进一步加大科研力度， 不断突破边远岛礁特殊环境条件的限制， 持续研发更加智能高效、 安全可靠的边远岛礁淡水保障模式及装备， 助力我国蓝色国土的开发利用和国防前沿阵地建设。